Общая характеристика бактерии

Диаметр большинства бактериальных клеток равен 1 мкм (иногда 0,1 мкм), в длину некоторые бактерии достигают 10 мкм (редко 30 мкм).

Хотя каждая бактериальная клетка очень мала, тем не менее общая масса бактерий, обитающих на Земле, превышает массу всех других живых организмов вместе взятых. Сейчас известно около 2500 видов бактерий. В древнейших осадочных породах Гренландии, имеющих возраст 3,9 млрд. лет, ископаемые бактерии не обнаружены. Они найдены в Западной Австралии (см. рис. 1-2) и в Южной Африке (возраст пород 3,5 млрд. лет).

Органические тельца, напоминающие цианобактерии, обнаружены в южноафриканских породах возрастом около 3,2 млрд. лет. Химический анализ ископаемых отложений, а также отпечатки указывают на то, что фотосинтез возник около 3,3 млрд. лет назад. С другой стороны, первые эукариоты появились около 1,5 млрд. лет назад. Ископаемые бактерии были найдены при исследовании ультратонких срезов пород с помощью электронного микроскопа только в 50-х годах.

Местообитания бактерий чрезвычайно разнообразны; в силу специфики обмена веществ некоторые группы способны выжить там, где не может существовать ни один другой организм. Некоторые бактерии являются облигатными анаэробами, т. е. они живут только в отсутствие кислорода. Другие — факультативные анаэробы — могут существовать без кислорода, но лучше развиваются в его присутствии. При этом в процессе дыхания выделяется больше энергии, чем в процессе брожения (см. гл. 6).

Бактерии обнаружены в самых удивительных местах; они действительно распространены по всему земному шару. Например, бактерия Thermoanaerobacter ethanolicus, найденная в горячих источниках Йеллоустонского национального парка (США), может выдержать температуру, превышающую 78°С. Известны бактерии, обитающие при высоком давлении около глубоководных вулканических кратеров при температуре выше 360°С.

Бактерии, живущие там, можно культивировать в лаборатории только при высоком давлении; при этом некоторые формы активно растут и удваиваются в числе при температуре 250°С в течение 40 мин! (Столь высокая температура водной среды может поддерживаться длительное время только при высоком давлении, т. е. на дне океана.) Другие глубоководные бактерии, например обитающие в кишечнике морских животных, для роста и развития тоже нуждаются в высоком давлении.

Разнообразные бактерии обнаружены в Антарктиде, например в образцах пород и льда, взятых с глубины более 430 м. Эти бактерии имеют возраст не менее 10 000 лет (а возможно, миллион лет). От —ТС до — 14°С они пребывают в состоянии покоя, но становятся активными при повышении температуры. Подобные примеры свидетельствуют о том, что некоторые бактерии способны чрезвычайно долго пребывать в состоянии, при котором приостановлены процессы жизнедеятельности. Недавно ученые исследовали пределы выносливости бактерий, чтобы понять, может ли существовать жизнь на других планетах с различной атмосферой.

Например, полагали, что в щелочной атмосфере Юпитера жизнь невозможна, однако некоторые бактерии из долины Ливермор в Калифорнии способны расти и размножаться в щелочной среде при рН=11,5. Другие бактерии могут выдержать не только высокие концентрации щелочи, но и аммония, т. е. условия, напоминающие атмосферу Венеры. С этой точки зрения можно допустить существование бактерий на других планетах.

Однако большинство бактерий не выживает в кислой среде, вот почему уксус, т. е. разбавленная уксусная кислота, хорошо защищает пищу от бактериального заражения. Бактерии играют немаловажную роль в функционировании экосистем земного шара. Некоторые бактерии — автотрофы и поэтому вносят большой вклад в круговорот углерода; некоторые из них, выращиваемые экспериментально, могут быть коммерческими источниками белка.

Способность бактерий к фиксации атмосферного азота имеет решающее экологическое значение. Гетеротрофные бактерии, подобно грибам, являются редуцентами. Благодаря им вещества, утилизированные когда-то живыми организмами, высвобождаются и становятся доступными для последующих поколений. В 1 г плодородной почвы сельскохозяйственных угодий может содержаться 2,5 млрд. бактерий, 400 000 грибов, 50 000 водорослей и 300 000 простейших.

На всех этапах круговорота элементов в экосистемах земного шара бактерии играют существенную роль. Бактерии в изобилии обитают в море; например, установлено, что 90% всей биомассы океана составляют организмы, имеющие размер менее 10 мкм, т. е. бактерии. В зависимости от географического расположения моря от 20 до 60% первичной продукции органического вещества проходит через свободноживущих гетеротрофных бактерий. Бактерии могут разлагать различные органические вещества.

Именно поэтому интенсивно исследуется их способность разлагать нежелательные синтетические вещества, такие, как пестициды, красители, а также нефть (причем не важно, поступили ли эти вещества в окружающую среду). Например, найлон, впервые выпущенный в 1939 г., разлагается бактерией рода Flavobacterium, у которой за такой короткий срок, очевидно, возникли два новых фермента. Некоторые бактерии разлагают пестициды столь быстро, что ограничивают их воздействие на вредителей.

Другие бактерии, по-видимому, могут быть использованы для извлечения нефти из различных пород. Кроме экологической роли бактерий необходимо отметить, что многие из них являются возбудителями очень серьезных заболеваний человека и животных, включая туберкулез, холеру, сибирскую язву, гонорею, дифтерит, столбняк; они вызывают болезни растений, нанося экономический урон. Только в США известно более 200 видов бактерий, которые признаны патогенами растений.

Например, бактериальный ожог (рис. 11-3) поразил тысячи грушевых деревьев, распространившись по всем США, начиная с восточного побережья, куда был завезен в 1880 г. К 30-м годам эта болезнь практически уничтожила все грушевые посадки. Сейчас выращивание груш в США ограничено несколькими районами. Бактерии используются как коммерческие источники разнообразных антибиотиков, таких, как тиротрицин, бацитрацин, субтилин и полимиксин В. Многие бактерии необходимы для получения лекарств и других химических соединений, например уксусной кислоты, аминокислот и ферментов (см. гл. 30).

Кроме того, производство большинства сыров предполагает бактериальное сбраживание лактозы до молочной кислоты, которая осаждает белки молока. Те же самые бактерии используются и для получения простокваши; кроме того, молочная кислота играет защитную роль в процессе квашения капусты и огурцов. На рис. 11-4 изображена Spirulina — цианобактерия, выращиваемая во многих странах для получения белковой добавки к пище человека и животных.

Такая группа бактерий, как актиномицеты, играет особенно важную роль в производстве антибиотиков, а именно: стрептомицина, ауреомицина, неомицина, тетрациклина. Из нескольких тысяч известных на сегодняшний день антибиотиков две трети продуцируется актиномицетами. Другие актиномицеты, живущие на корнях некоторых растений, фиксируют азот и тем самым играют важную экологическую роль.

_{П. Рейвн, Р. Эверт, С. Айкхорн, Современная ботаника В 2-х томах, Том 1, Перевод с английского канд. биол. наук В. Н. Гладковой, проф. М. Ф. Даниловой, д-ра биол. наук И. М. Кислюк, канд. биол. наук Н. С. Мамушиной под редакцией акад. А. Л. Тахтаджяна}

AOF | 22.11.2020 20:05:14